El fin de la escasez de plutonio de la NASA puede estar a la vista. El lunes 18 de marzoth, El jefe de la división de ciencia planetaria de la NASA, Jim Green, anunció que la producción de Plutonio-238 (Pu-238) por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) se encuentra actualmente en las fases de prueba que conducen a un reinicio de la producción a gran escala.
"Al final del año calendario, tendremos un plan completo del Departamento de Energía sobre cómo podrán satisfacer nuestro requisito de 1.5 a 2 kilogramos al año". Green dijo en el 44th La Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria se llevará a cabo en Woodlands, Texas, el lunes pasado.
Esta noticia no llega demasiado pronto. Hemos escrito anteriormente sobre la inminente escasez de plutonio y las consecuencias que tiene para la futura exploración del espacio profundo. La energía solar es adecuada en la mayoría de los casos cuando explora el sistema solar interno, pero cuando se aventura más allá del cinturón de asteroides, necesita energía nuclear para hacerlo.
La producción del isótopo Pu-238 fue una consecuencia afortunada de la Guerra Fría. Producido por primera vez por Glen Seaborg en 1940, el isótopo de plutonio de grado de armas (-239) se produce mediante el bombardeo de neptunio (que en sí mismo es un producto de descomposición del uranio-238) con neutrones. Utilice el mismo isótopo objetivo de Neptunium-237 en un reactor rápido, y Pu-238 es el resultado. Pu-238 produce 280 veces el calor de descomposición a 560 vatios por kilogramo en comparación con las armas de grado Pu-239 y es ideal como una fuente compacta de energía para la exploración del espacio profundo.
Desde 1961, más de 26 naves espaciales de EE. UU. Se han lanzado con generadores termoeléctricos de radioisótopos multimisión (MMRTG, o anteriormente RTG) como fuentes de energía y han explorado todos los planetas, excepto Mercurio. Los RTG fueron utilizados por las cargas de ciencia del Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) que dejaron los astronautas en la Luna, y Cassini, Mars Curiosity y New Horizons en ruta para explorar Plutón en julio de 2015 son todos de energía nuclear.
Los RTG con plutonio son los solamente tecnología que tenemos actualmente en uso que puede llevar a cabo la exploración del espacio profundo. La nave espacial Juno de la NASA será la primera en llegar a Júpiter en 2016 sin el uso de un RTG de propulsión nuclear, pero necesitará emplear 3 enormes paneles solares de 2.7 x 8.9 metros para hacerlo.
El problema es que la producción de plutonio en los EE. UU. Cesó en 1988 con el final de la Guerra Fría. La cantidad de Plutonio-238 que la NASA y el DOE han almacenado se clasifica, pero se ha especulado que tiene a lo sumo suficiente para una misión de clase Flag Ship más grande y tal vez una pequeña misión de clase Scout. Además, una vez que se fabrica plutonio-239 de grado de armas, no se puede volver a procesar el isótopo Pu-238 deseado. El plutonio que actualmente alimenta Curiosity a través de la superficie de Marte fue comprado a los rusos, y esa fuente terminó en 2010. New Horizons está equipado con un MMRTG de repuesto que fue construido para Cassini, que se lanzó en 1999.
Como una ventaja adicional, las misiones impulsadas por plutonio a menudo también superan las expectativas. Por ejemplo, la nave espacial Voyager 1 y 2 tuvo una misión original de cinco años de duración y ahora se espera que continúe hasta su quinta década de operación. Mars Curiosity no sufre los problemas de los "paneles solares polvorientos" que plagaron Spirit y Opportunity y pueden operar durante el largo invierno marciano. Por cierto, mientras que los rovers Spirit y Opportunity no tenían energía nuclear, ellos hizo emplean pequeñas bolitas de óxido de plutonio en sus articulaciones para mantenerse calientes, así como curio radiactivo para proporcionar fuentes de neutrones en sus espectrómetros. Incluso es muy posible que cualquier inteligencia alienígena se tope con las cinco naves espaciales que escapan de nuestro sistema solar (Pioneer 10 y 11, Voyagers 1 y 2, y New Horizons) posiblemente podrían fechar su salida de la Tierra midiendo la desintegración de su fuente de energía de plutonio. (El Pu-238 tiene una vida media de 87.7 años y eventualmente se descompone luego de pasar por una larga serie de isótopos hijos al plomo-206).
La producción actual de Pu-238 se llevará a cabo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) utilizando su Reactor de isótopos de alto flujo (HFIR). El "viejo" Pu-238 también se puede revivir añadiéndole un Pu-238 recién fabricado.
"Por cada 1 kilogramo, realmente revivimos dos kilogramos del plutonio anterior mezclándolo ... es una parte crítica de nuestro proceso poder utilizar nuestro suministro existente a la densidad de energía que queremos", dijo Green en una reciente planificación de exploración de Marte. comité.
Aún así, la producción objetivo total de 1.5 kilogramos por año puede ser algo de tiempo libre. Para el contexto, el rover Mars Curiosity utiliza 4.8 kilogramos de Pu-238, y New Horizons contiene 11 kilogramos. Ninguna misión a los planetas exteriores ha salido de la Tierra desde el lanzamiento de Curiosity en noviembre de 2011, y la próxima misión que probablemente tenga un RTG es el rover Mars 2020 propuesto. Las ideas en el tablero de dibujo, como un módulo de aterrizaje del lago Titán y una misión Jupiter Icy Moons, tendrían energía nuclear.
Junto con la nueva producción de plutonio, la NASA planea tener dos nuevos RTG denominados Generadores avanzados de radioisótopos Stirling (ASRG) disponibles para 2016. Si bien es más eficiente, es posible que el ASRG no siempre ser el dispositivo de elección Por ejemplo, Curiosity utiliza su calor residual MMRTG para mantener calientes los instrumentos a través de la circulación de freón. La curiosidad también tuvo que ventilar el calor residual producido por el generador de 110 vatios mientras estaba encerrado en su caparazón aero en ruta a Marte.
Y, por supuesto, existen las precauciones adicionales que vienen con el lanzamiento de una carga nuclear. El presidente de los Estados Unidos tuvo que firmar el lanzamiento de Curiosity desde la costa espacial de Florida. El lanzamiento de Cassini, New Horizons y Curiosity provocó la dispersión de manifestantes, al igual que todo lo relacionado con la energía nuclear. No importa que las centrales eléctricas de carbón produzcan polonio radiactivo, radón y torio como un subproducto no deseado diariamente.
Dichos lanzamientos no están exentos de riesgos, aunque con riesgos que pueden mitigarse y gestionarse. Uno de los accidentes nucleares más notorios relacionados con el espacio ocurrió al principio del programa espacial de EE. UU. Con la pérdida de un satélite Transit-5BN-3 equipado con RTG en la costa de Madagascar poco después del lanzamiento en 1964. Y cuando el Apolo 13 tuvo que abortar y regresar a la Tierra, los astronautas fueron dirigidos a abandonar el Acuario Módulo de aterrizaje junto con sus experimentos científicos de propulsión nuclear destinados a la superficie de la Luna en el Océano Pacífico cerca de la isla de Fiji. (No te dicen ese en la película) Uno se pregunta si sería rentable "resucitar" este RTG del fondo del océano para una futura misión espacial. En lanzamientos previos equipados con energía nuclear como New Horizons, la NASA colocó la posibilidad de un "accidente de lanzamiento que podría liberar plutonio" en 350 a 1 contra Incluso entonces, el RTG blindado está "sobre-diseñado" para sobrevivir a una explosión e impacto con el agua
Pero los riesgos valen la pena en términos de nuevos descubrimientos del sistema solar. En un nuevo y valiente futuro de exploración espacial, el reinicio de la producción de plutonio con fines pacíficos nos da esperanza. Parafraseando a Carl Sagan, ¡los viajes espaciales son uno de los mejores usos de la fisión nuclear en los que podemos pensar!
